CFB鍋爐燃燒控制策略的實踐性探索

王鵬輝，潘彬彬

（1. 華電電力科學研究院內蒙古分院，內蒙古呼和浩特，010020；2. 內蒙古電力工程技術研究院，內蒙古呼和浩特，010010）

CFB鍋爐燃燒控制策略的實踐性探索

王鵬輝1，潘彬彬2

（1. 華電電力科學研究院內蒙古分院，內蒙古呼和浩特，010020；2. 內蒙古電力工程技術研究院，內蒙古呼和浩特，010010）

從溫度、風量、入爐煤質量、返料量和污染物排放濃度等因素，結合鍋爐運行實踐，提出了CFB鍋爐的燃燒控制策略。分析表明：料層溫度宜控制在850℃～900℃，返料溫度宜高于料層溫度20℃～30℃；一次風量與二次風量的比例維持在5∶5或6∶4為佳；入爐煤的粒徑過大或過小均不利于鍋爐正常運行；返料量的控制有助于優化鍋爐負荷和分離器效率；鍋爐多參數的調整能夠有效實現NOx、SO2等污染物排放的控制。上述策略綜合考慮了安全、穩定、環保、經濟、節能等因素，可為相關行業CFB鍋爐運行提供重要參考。

CFB鍋爐；燃燒控制；溫度；風量

引言

CFB鍋爐乃循環流化床鍋爐之簡稱，以燃料適用性強、燃燒效率高、NOx排放量低、負荷調節范圍廣等諸多優點，成為電廠電力生產過程中的首選鍋爐類型。但在CFB鍋爐的運行實踐過程中，受人員操作、運行環境、設備性能、運行機理等諸多因素的影響，易產生受熱面磨損嚴重、排渣不暢、飛灰含碳量高、煙氣SO2波動大等問題，不僅會影響鍋爐燃燒效率，還會增加污染物排放，甚至產生安全事故。因此，以鍋爐的安全可靠運行以及污染物的排放達標為基礎，根據CFB鍋爐的工作原理和運行規律，對鍋爐燃燒進行控制，提高鍋爐燃燒效率，使鍋爐各項參數達到最優化，對于發電廠而言具有重要的社會意義和經濟意義。

本文結合實際工作經驗，針對影響鍋爐燃燒效率的主要因素，從溫度、風量、返料量等方面提出CFB鍋爐的燃燒控制具體方法，可為CFB鍋爐運行實踐提供重要參考[1-5]。

1 關鍵參數控制

溫度是影響CFB鍋爐燃燒效率的關鍵參數之一，主要包括料層溫度和返料溫度兩個方面控制。

1.1 料層溫度

料層溫度直接決定著脫硫效率及石灰石利用率。若燃燒溫度較低，石灰石煅燒速度減慢，可供反應的表面積減少，將降低脫硫反應速率，難以實現有效脫硫；若燃燒溫度過低，脫硫反應幾乎無法進行，導致低溫結焦及滅火；若燃燒溫度過高，反應速率雖然較高，但脫硫效率反而降低，容易產生流化床體結焦停爐事故。這就意味著控制好脫硫反應溫度是提高脫硫效率的基本前提。因此，通過對CFB鍋爐運行過程中料層溫度的監控和調整，將脫硫反應溫度控制在合理范圍內，是提高CFB鍋爐燃燒效率的有效途徑。結合大量CFB鍋爐運行實踐，綜合考慮石灰石品種、粒徑、煅燒條件等因素，最佳的脫硫反應溫度為850℃～900℃，需以此為參照動態控制料層溫度。

例如，若料層溫度超過950℃，應通過給煤量和返料量的減少，以及一次風量的增加來降低料層溫度；若料層溫度低于800℃，在確保非斷煤問題的前提下，通過給煤量和返料量的增加，以及一次風量的減少來升高料層溫度；若料層溫度低于700℃，需做壓火處理，在探明溫度降低原因及排除相關故障后重新啟動即可。

1.2 返料溫度

返料溫度的理想值是比料層溫度高20℃～30℃，不僅可以保證CFB鍋爐燃燒的穩定性，還可以對燃燒過程起到調節作用。CFB鍋爐運行時，需實時監視返料溫度，防止因為返料溫度過高而產生結焦問題，盡量將返料溫度控制在1 000℃內。返料溫度的控制方法與料層溫度類似，可以通過給煤量及返料風量的調節來實現。例如，返料溫度過高，可通過給煤量的減少及返料風量的增加來調節，并對返料器通暢情況進行檢查。

上述對料層溫度和返料溫度的有效控制，是以二者溫度值的實時、動態、精準監測為基礎的。因此，合理布設和選擇溫度測量元件尤為關鍵。一般而言，應在CFB鍋爐爐膛燃燒室內的密相區分層布置多支熱電偶，并選用耐磨、防堵、易維護、穩定性好、靈敏性高的檢測元件。

2 風量控制

CFB鍋爐床溫密切關聯著脫硫效果及NOx排放濃度，通過床溫的合理控制，不僅可以避免結焦問題，還可以提高燃燒效率。床溫受諸多因素的影響，主要有燃料量、風量、石灰石量等。若通過燃料量的增減來調節床溫，易引起鍋爐主蒸汽壓力的波動；而若通過石灰石量的增減來調節床溫，又會增加污染物排放，同時產生床壓波動。這時唯有通過風量控制來實現床溫的有效調節。

文化身份理論的代表人物是Collier和Thomas，該理論主要探討的問題是在跨文化交往中個體應當如何處理文化身份。文化身份理論認為，交際雙方在跨文化交際的過程中是擁有多元文化身份的個體；跨文化交際是一個永無止境的過程，人們在和其他人交流時，發展多元身份并對其進行管理（Collier&Thomas，1988）[4]。該理論有一個重要的命題，即文化身份越是自認定，在與其他身份相比時，它們的位置就越重要。該理論把跨文化交際和文化認同緊密聯系起來，認為跨文化交際的前提和重要標識是交際雙方對各自文化的認同。文化身份理論強調了在跨文化交際中，個體對母語文化認同的重要性。

風量控制主要涉及一次風量控制和二次風量控制兩方面的內容，且基于CFB鍋爐燃燒效率的提高需求，對風量控制的精準性提出了更高的要求。一般風量控制的原則是在一次風量滿足流化的前提下，相應地對二次風量進行調節，因為一次風量大小密切關系著流化的質量。CFB鍋爐運行時，一次風量控制一般以不同料層厚度下的臨界流化風量曲線為下限，若風量低于此值，流化質量不理想，容易產生結焦問題。二次風量控制主要以煙氣中的含氧量為依據，應將含氧量控制在3%～5%。若含氧量過高，則風量過大，會增加鍋爐的排煙熱損失；若含氧量過小，又會產生不完全燃燒損失。在CFB鍋爐運行過程中，如果總風量不夠，應適當增加鼓引風量，并對一、二次風量進行調整，合理控制一、二次風量的比例，盡量維持在5∶5或6∶4，避免一次風量低于二次風量，進而保證爐膛內流化的順利進行，實現鍋爐的經濟運行和優化燃燒。

目前的風量控制系統就是基于上述原理實現的。如圖1所示，總風量指令經過一、二次風量配比后由鍋爐床溫修正。蒸汽流量函數生成氧量指令，并經氧量調節器修正，分兩路輸出上、下二次風指令。以遠程控制的方式實現對CFB鍋爐煤量、風量的調整和控制，進而保證鍋爐在各負荷工況下的安全、穩定、高效運行。

圖1 風量控制系統框圖

另外，若入爐煤中揮發分較大，應通過增大噴口直徑、提高風速、提高噴入點位置等方法來提高二次風的穿透力，使煙氣得到充分混合，以減少不完全燃燒損失。

3 其他主要因素

在CFB鍋爐的運行實踐中，入爐煤質量、循環系統需要的返料量以及NOx、SO2排放濃度等都需要合理控制，方可達到CFB鍋爐運行的預期目標。

3.1 入爐煤質量控制

入爐煤煤質、粒徑及給煤方式等均會對燃燒效率產生影響，甚至是帶來操作上的困難，縮短鍋爐運行周期。因此，對入爐煤的控制也是提高燃燒效率的重要手段。煤的揮發分是決定其燃盡特性的主要因素，揮發分越高，就越利于快速燃盡。但要注意的是，當揮發分高、灰分低、熱崩裂性強時，應適當增大粒徑，以避免床壓過低、運行不穩定、尾部超溫等問題的出現。另外，煤粒粒徑過大，會影響煤與空氣的充分混合，降低燃燒效率，更嚴重地影響流化狀態，產生結焦而被迫停爐；而煤粒粒徑過于粉細，又會增加鍋爐熱損失，嚴重時造成返料器結焦，不利于鍋爐正常運行。因此，煤粒粒徑的過大或過細都會影響鍋爐燃燒效率。一般情況下，應將煤粒粒徑控制在0～8 mm，并且要占據總煤粒的65%以上。同時，粒徑分布的不合理會增加密相區的停留數量和時間，導致床溫過高，對帶負荷產生不利影響。

3.2 返料量控制

3.3 NOx、SO2排放濃度控制

CFB鍋爐燃燒效率的提高是以節能環保為前提的，《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）對CFB鍋爐NOx、SO2的排放標準做出了明確規定。因此，必須將NOx、SO2的排放濃度控制在一定范圍，甚至是近零排放標準。除了布設爐外脫硫設施外，還需采取一定的控制手段。

SO2排放濃度的控制，主要通過床溫降低、石灰石量增加、氧量提高、床壓和爐膛差壓蓄高等方式來實現，可參照表1數值進行調整。NOx排放濃度的控制主要依靠脫硝裝置來實現，分離器入口煙溫應控制在850～1 100℃，并適當提高氨水噴射量及氨水濃度。另外，在滿足脫硫工況的基礎上，氧量降低及還原性氣氛增加也是行之有效的辦法。

表1 SO2排放濃度參數

4 結語

CFB鍋爐燃燒控制是一個系統性、綜合性的過程，受諸多因素的影響，且各要素之間又是相互影響和制約的。因此在CFB鍋爐運行實踐中，對于燃燒控制方法的選擇，必須以CFB鍋爐的安全、穩定運行為前提，綜合考慮環保、經濟、節能等指標，整體提高CFB鍋爐燃燒效率。

[1]胡玉, 徐娟. 330MW CFB鍋爐燃燒調整與經濟運行技術研究[C]// 2014燃煤電廠“超低排放”新技術交流研討會. 2014.

[2]馬建倫, 徐愛東, 陳志強. 循環流化床鍋爐燃燒控制研究[J]. 電力勘測設計, 2015(z2): 134-136.

[3]胡開兵. 循環流化床鍋爐燃燒控制與調整[J]. 化工技術與開發, 2012, 41(12): 55-56.

[4]馬建倫, 徐愛東, 陳志強. 循環流化床鍋爐需注意的幾個問題[C]// 2012電站自動化信息化學術和技術交流會議論文集. 2012.

[5]孫獻斌, 李志偉, 時正海, 等. 首臺國產210MW循環流化床鍋爐運行問題及改進措施[J]. 電力設備, 2008, 9(10): 1-3.

Practical Exploration on Combustion Control Strategies of CFB Boiler

WANG Peng-hui1, PAN Bin-bin2

(1. Huadian Electric Power Research Institute Inner Mongolia Branch, Hohhot, Inner Mongolia,010020, China; 2. Inner Mongolia Electric Power Engineering Technology Research Institute, Hohhot, Inner Mongolia,010010, China)

Combustion control strategies of Circulating Fluidized Bed (CFB) boiler are put forward from the aspects of temperature, air volume, inlet coal quality, material return amount and pollutant emission concentration combined with the practice on boiler operation. The analysis shows that: the material bed temperature should be controlled at 850 to 900 ℃, and the material recycle temperature should be 20 to 30 ℃ higher; the ratio of primary and secondary volume maintained at 5:5 or 6:4 is preferred; it is not conducive to the normal operation of the boiler if the particle size of pulverized coal is too large or too small; amount control on recycled material is helpful to optimize the load of boiler and the efficiency of separator; multi-parameter adjustment on the boiler can effectively achieve control on NOxand SO2emissions. The above strategies comprehensively consider the factors such as security, stability, environmental protection, economic and energy saving, providing an important reference for the CFB boiler operation in relevant industry fields.

CFB Boiler; Combustion Control; Temperature; Air Volume

TK227.1

A

2095-8412 (2016) 06-1236-03

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.049

王鵬輝(1982-)，男，內蒙古呼和浩特人，碩士研究生，工程師。主要從事熱能動力工程方面的研究。

潘彬彬(1982-)，女，碩士研究生，工程師。主要從事大型火力發電廠熱控系統調試、技術監督等方面的工作，Email: pubu_31@163.com。